Линейные тракты ОСП. Структурная схема. Ретрансляторы. Оптические усилители.

Оптический линейный тракт (ЛТ)- совокупность технических средств, предназначенных для передачи оптического излучения определенной длины волны и обеспечивающих компенсацию затухания светового потока, коррекцию искажений сигнала и минимально допустимую вероятность ошибки.

ОП-А (ОП-Б)- оконечный пункт, включающий оборудование каналообразования и формирования оптического линейного сигнала (ОЛС), параметры которого согласованы с ОВ, а также обеспечивает ввод его в ОВ с минимальными потерями.

ООЛТ-О- оборудование ОЛТ оконечного пункта- формирование ОЛС.

УССЛК- устройство стыка станционного ОК с линейным.

УДПпер- устройство передачи ДП НРП.

УВК-О- устройство ввода линейного ОК в оконечный ОРП, НРП.

ЛРт- линейный ретранслятор- компенсирует затухание ОК, устройств ввода/вывода оптического излучения, коррекция формы оптических и эл сигналов.

УДПпр- устройство приема и распределения ДП НРП.

ООЛТпр- приемное оборудование ОЛТ (ОРП).

АВ и ПП- аппаратура выделения и переприема групп каналов в ОРП или ОП.

Передача информации по ОВ ограничивается максимальной мощностью излучения передатчика, затуханием и дисперсией ОВ, а также чувствительностью приемника. Эти обстоятельства накладывают ограничения на дальность передачи и объясняют необходимость установки ретрансляторов сигнала через участок определенной длины. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в эл с последующей регенерацией эл сигналов и обратным преобразованием.

Линейные ретрансляторы подразделяются на аналоговые и цифровые.

Цифровые ретрансляторы (ЦРт) – устройство ВОСП, предназначенное для преобразования цифрового оптического сигнала в эл, его регенерации и последующего преобразование в оптический.

ОК

ОК – оптический кабель (станционный или линейный).

ОЭП – оптоэлектронный преобразователь (фотодетектор)- PIN ФД или ЛФД – для преобразования оптического сигнала в электрический.

ПУс- предварительный усилитель, достаточно широкополосный, усиливающий фототок с фотодетектора ОЭП.

АК- амплитудный корректор, осуществляющий коррекцию частотных искажений, обусловленных зависимостью параметров ОК и чувствительностью фотодетектора.

ПрФ- приемный фильтр – для подавления ВЧ помех.

АРУ – устройство автоматической регулировки уровня, для компенсации изменения уровня входного сигнала вызванных температурными изменениями параметров ОК, а также нестабильностью оптоэлектронного преобразователя.

УУ- управляющее устройство- управляемый источник напряжения смещения на PIN ФД или ЛФД.

Рег – регенератор – восстанавливает форму и длительность сигналов.

ЭОП- электронно-оптический преобразователь – преобразует эл импульсы линейного кода в последовательность импульсов оптического излучения на выходе СИД или ЛД.

ОУ- устройство, обеспечивающее внутреннее усиление оптического сигнала без его преобразования в эл форму.

Существует 5 типов ОУ:

1. усилитель с полостью Ф-П – усиление одного канала (одной длины волны).

2. усилитель на волокне, использующие бриллюэновское рассеяние – усиление одного канала.

3. усилитель на волокне, использующие рамановское рассеяние – усиление нескольких каналов одновременно.

4. полупроводниковые лазерные усилители – усиление большого числа каналов в широкой области длин волн одновременно.

5. усилители на примесном волокне- усиление большого числа каналов в широкой области длин волн одновременно.

Принцип действия:

ОУ, аналогично лазерам, используют принцип индуцированного излучения.

			N2 > > N1

Если существует низкая активная среда, имеющая только 2 энергетических состояния E₁ и E₂, причем

E₁ < E₂, т.е. E₂ является возбужденным по отношению к E₁ состоянию, то в равновесных условиях, число рабочих частиц (электронов, ионов или молекул- потенциальных усилительных агентов среды) распространено по статистике Больцмана так, что N₂< N₁. В результате, если на вход такой среды попадает фотон, то он большей вероятностью будет поглащен этой средой, что может сопровождаться переходом частицы с уровня E₁ на E₂, если энергия фотона ω > (E₂-E₁). Усиление в такой среде невозможно, хотя и существует некоторая вероятность эмиссии (испускания) фотона, если электрон спонтанно перейдет с верхнего возбужденного уровня на нижний релаксационный уровень.

Усиление станет возможным, если удастся создать инверсию населенности уровней, когда N₂> N₁. для этого используется система энергетической накачки. В качестве накачки можно использовать инжекцию электронов или излучение лазера соответствующей длины волны для создания фотонов нужной энергии. В результате накачки и создания определенной инверсии населенности активная среда становится способной генерировать вторичные фотоны (той же частоты и направления распространения с коэффициентом размножения K при попадании на ее вход возбуждающего фотона из светового потока усиливаемого сигнала. В результате осуществляется его усиление за счет возбуждаемой эмиссии.

Усиление неизбежно сопровождается 2мя другими процессами: поглощением энергии светового сигнала, который обычно носит экспоненциальный характер, возрастая с ростом L, и спонтанной эмиссией вторичных фотонов, которая м.б. усилена приводя к появлению так называемого усиленного спонтанного излучения.

Некоторые типы ОУ, использующие для накачки лазеры, требуют рассмотрения более сложной 3х уровневой схемы взаимодействия, где третий, так называемый метастабильный уровень E₃ лежит между 1 и 2 уровнями. Схема создания инверсии населенности при этом такова: с 1го уровня частицы накачкой переводятся на 2ой, с которого они в результате релаксации переходят на 3ий (метастабильный) уровень, время жизни которого (среднее время до спонтанного испускания фотона) достаточно велико. На этом 3ем уровне частицы накапливаются и создается достаточный уровень (не менее 2х кратного) инверсии населенностей по отношению к 1уровню (N₃> N₁).